Desenhe as moléculas de
e
e indique:
a) a geometria por pares de elétrons na camada de valência e real de cada espécie;
b) a polaridade de cada molécula.
a) a geometria por pares de elétrons na camada de valência e real de cada espécie;
b) a polaridade de cada molécula.
Passo 1
O enunciado pede que, para cada espécie
,
,
e
, eu:
- desenhe (representação tipo Lewis / disposição dos pares de elétrons) a molécula;
- indique (a) a geometria por pares de elétrons na camada de valência (isto é, a geometria dos domínios eletrônicos) e a geometria real (a forma molecular, considerando apenas posições dos átomos);
- indique (b) a polaridade de cada molécula (se é polar ou não e a direção qualitativa do momento dipolar quando aplicável).
Informações disponíveis do enunciado:
- As fórmulas das espécies químicas:
, , , . - Não há figuras adicionais; portanto todos os desenhos e contagens serão construídos a partir das fórmulas e da teoria de Lewis / VSEPR.
Passo 2
Como vamos proceder (método que vou aplicar em todas as espécies) — explicação passo a passo do método (aulas rápidas):
- Contar elétrons de valência totais:
- Somar os elétrons de valência de cada átomo (tabela periódica: H =
, B e Be = , C = , N = , O = , F = , etc.). - Para íons, subtrair elétrons se a carga for positiva, adicionar se negativa.
- Somar os elétrons de valência de cada átomo (tabela periódica: H =
- Montar a estrutura de Lewis:
- Colocar o átomo menos eletronegativo no centro (H nunca é central).
- Ligar átomos ao central com pares de elétrons (ligações simples inicialmente) até usar os elétrons; completar octetos (ou duetos para H) preferencialmente.
- Verificar formalidades (quando necessário ajustar com ligações múltiplas).
- Encontrar o número de domínios eletrônicos (também chamado de número estéreo ou steric number):
- Usar VSEPR (repulsão entre pares de elétrons) para associar o número de domínios à geometria dos pares de elétrons e à geometria molecular (forma dos átomos). Tabela útil resumida:
- Domínios
geometria dos pares: linear; forma molecular: linear; ângulo . - Domínios
geometria dos pares: trigonal plana; forma molecular: trigonal plana (se 0 pares solitários) ou angular (se 1 par solitário). - Domínios
geometria dos pares: tetraédrica; formas moleculares possíveis: tetraédrica (0 pares isolados), trigonal piramidal (1 par isolado), angular/bent (2 pares isolados). - Domínios
e : trigonal bipiramidal e octaédrica (não serão necessários aqui).
- Domínios
- Determinar polaridade:
- Cada ligação tem um momento dipolar apontando do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo.
- Se a geometria molecular for simétrica (os momentos se cancelam), a molécula é apolar; caso contrário, é polar.
- Ex.: ligações
e são polares, mas em arranjo linear ou tetraédrico simétrico podem cancelar.
Agora aplicarei esse procedimento a cada espécie, desenhando a estrutura de Lewis (em texto) e explicando cada passo.
Passo 3
- Contagem de elétrons de valência:
- Estrutura de Lewis (representação textual):
- N central com três ligações simples a três H e um par isolado em N.
- Notação (dots para par isolado do N):
etc. Em texto:
H
|
H–:
|
H
(o par solitário está no N; imagine o par “:” acima do N)
- Número de domínios no N:
- 3 ligações simples
3 domínios ligantes - 1 par isolado
1 domínio não ligante
- 3 ligações simples
- Geometrias (VSEPR):
- Geometria por pares de elétrons: tetraédrica (porque 4 domínios).
- Geometria molecular (real): trigonal piramidal (porque há 1 par isolado que empurra os três H para formar uma pirâmide com N no vértice).
- Ângulo aproximadamente
(menor que por repulsão extra do par isolado).
- Polaridade:
- Ligações
são polares (N mais eletronegativo que H), e a presença do par isolado cria uma assimetria. - Resultado: molécula polar; o momento dipolar aponta da “base” dos H para o N (ou seja, há um dipolo resultante apontando para o átomo de N, aproximadamente perpendicular ao plano dos três H).
- Ligações
Passo 4
- Contagem de elétrons de valência:
(subtrai-se 1 por ser íon com carga positiva) - Estrutura de Lewis:
- N central ligado a quatro H por ligações simples; nenhum par isolado no N.
- Notação em texto: H
|
H––H
|
H - O íon carrega carga
; formalmente N tem carga formal , H’s neutros.
- Número de domínios no N:
- 4 ligações, 0 pares isolados
domínios .
- 4 ligações, 0 pares isolados
- Geometrias:
- Geometria por pares de elétrons: tetraédrica.
- Geometria molecular (real): tetraédrica (simetria completa).
- ângulo de ligação ideal:
.
- Polaridade:
- Cada ligação
é levemente polar (N é mais eletronegativo), mas pela geometria tetraédrica perfeitamente simétrica, os vetores dipolares se cancelam. - Resultado: a molécula (íon) é apolar em termos de momento dipolar (dipolo resultante nulo), embora haja uma carga total
(ou seja, não tem momento dipolar vetorial).
- Cada ligação
Passo 5
- Contagem de elétrons de valência:
- Estrutura de Lewis:
- O central ligado a dois F por ligações simples; O com dois pares isolados; cada F com três pares isolados.
- Representação textual (pares no O como dois “:” laterais):
F––F
(cada F tem três pares que completam seu octeto)
- Número de domínios no O:
- 2 ligações ligantes + 2 pares solitários
4 domínios.
- 2 ligações ligantes + 2 pares solitários
- Geometrias:
- Geometria por pares de elétrons: tetraédrica (4 domínios).
- Geometria molecular (real): angular / bent (dois átomos ligados e dois pares isolados) — como a água.
- Ângulo de ligação aproximado: ~
(um pouco menor que em por diferenças de repulsão e eletronegatividade).
- Polaridade:
- Ligação
é fortemente polar no sentido (F mais eletronegativo). - A geometria bent impede o cancelamento dos dipolos; há dipolo resultante apontando em direção aos dois F (ou seja, molécula polar).
- Portanto
é polar; carga parcial negativa nas F e parcial positiva no O.
- Ligação
Passo 6
- Contagem de elétrons de valência:
- Estrutura de Lewis:
- Be central ligado a dois F por ligações simples; Be não tem pares isolados (Be frequentemente é deficiente de elétrons: só alcança 4 elétrons em ligações simples), cada F com três pares isolados.
- Representação textual linear: F–Be–F
- Número de domínios no Be:
- 2 ligações ligantes + 0 pares solitários
2 domínios.
- 2 ligações ligantes + 0 pares solitários
- Geometrias:
- Geometria por pares de elétrons: linear (domínios
). - Geometria molecular (real): linear.
- Ângulo de ligação:
. - Observação didática: Be é pequeno e forma duas ligações simples; o fato de Be não completar um octeto é comum em elementos do 2º período com baixa eletronegatividade.
- Geometria por pares de elétrons: linear (domínios
- Polaridade:
- Ligações
são polares (F muito mais eletronegativo). - Porém, pela geometria linear e simétrica, os momentos dipolares das duas ligações se cancelam (vetores iguais e opostos).
- Resultado:
no estado molecular isolado é apolar (momento dipolar resultante nulo). (Em fase sólida/complexos pode formar estruturas iônicas/lattices, mas aqui tratamos a molécula linear isolada.)
- Ligações
Passo 7
-
: - Lewis: três ligações N–H e um par isolado no N: H–N(😃–H com um H abaixo (trigonal piramidal).
-
: - Lewis: quatro ligações N–H, nenhum par isolado; íon com carga
no conjunto.
- Lewis: quatro ligações N–H, nenhum par isolado; íon com carga
-
: - Lewis: F–O–F com dois pares isolados no O (estrutura bent).
-
: - Lewis: F–Be–F linear, sem pares isolados no Be.